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弹簧的表面处理方法


弹簧的腐蚀按其反应的类型可分为化学腐蚀及电化学腐蚀。它们都是弹簧表面金属原子的变化或电子得失变成离子状态的结果。


如果弹簧表面金属只单纯与周围介质发生化学反应,而弹簧引起腐蚀称化学腐蚀。例如弹簧在特别干燥的大气中氧化生成氧化膜,以及弹簧在非电解质液体中与该液体或该液体中的杂质发生化学变化等,属于化学腐蚀。

如果弹簧与电解质溶液接触,由于微电池的作用而产生的腐蚀叫电化学腐蚀。例如弹簧与酸性或盐类溶液接触,这类溶液都是电解质,由于弹簧表面的缺陷或杂质等原因而形成电位差不同的电极以致弹簧不断受到电解腐蚀;又例如弹簧处在潮湿大气中,由于大气中的水蒸气在弹簧表面上凝成水膜或水珠,加上大气中的腐蚀性气体(如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾等)溶解于水膜或水珠中形成电解质。再加上弹簧金属的杂质或缺陷亦可形成电位差不同的电极,弹簧亦产生电解腐蚀。这些都属电化学腐蚀。


弹簧受化学腐蚀是少量的、缓慢的,而受电化学腐蚀是主要的、普遍的。但一般来讲化学腐蚀与电化学腐蚀是同时存在的。

弹簧在制造、存放、使用等过程中,经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工作时是靠弹力发挥作用,弹簧被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能。所以防止弹簧的腐蚀可以保证弹簧的工作稳定,并延长其使用寿命。

弹簧的防腐方法一般采用保护层,根据保护层的性质可分为:金属保护层、化学保护层、非金属保护层和暂时性保护层等,在此着重介绍前三种方法。

不锈钢弹簧和铜线弹簧本身就具有一定防腐能力,所以一般不进行防腐处理。

1、弹簧的金属保护层

金属保护层种类很多,就弹簧而言,一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电镀保护层不但可以保护不受腐蚀,同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹簧的工作性能,例如提高表面硬度,增加抗磨损力,提高热稳定性,防止射线腐蚀等。但如果单纯为了弹簧的腐蚀,一般应选用电镀锌层与电镀镉层。

锌在干燥的空气中较安定,几乎不发生变化,不易变色。在潮湿的空气中会生成一层氧化锌或碳式碳酸锌的白色薄膜。这层致密的薄膜可阻止继续遭受腐蚀。因此镀锌层用于弹簧在一般大气条件下防腐蚀保护层。凡与硫酸、盐酸、苛性钠等溶液相接触,以及在三氧化硫等气氛的潮湿空气中工作的弹簧,均不宜用锌镀层。

一般镀锌层后经钝化处理,钝化可提高镀层的保护性能和增加表面美观。

在海洋性或高温的大气中,以及与海水接触的弹簧,在70°C热水中使用的弹簧,镉比较安定,耐腐蚀性能较强。镉镀层比锌镀层光亮美观、质软、可塑性比锌好,镀层氢脆性小,最适宜于弹簧作保护层。但镉稀少、价昂贵、且镉盐毒性大,对环境污染很厉害。因此,在使用上受到限制。故大多数只在航空、航海及电子工业所用的弹簧才使用镉镀层作保护层。

为了提高镉镀层的防蚀性能,可在镀后进行钝化处理。

锌与镉镀层的厚度决定着保护能力的高低。厚度的大小一般应根据使用时工作环境来选择,镀锌层硬度推荐在6~24μm范围内选取;镀镉层厚度推荐在6~12μm范围内选取。

弹簧的镀锌和镀镉是在氰化电解液中进行的。在电镀过程中,除镀上锌或镉外,还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去,造成内应力,使弹簧上的镀层和弹簧变脆,也叫氢脆。由于弹簧材料的强度很高,再加上弹簧成形时的变形很大,因此,对氢脆特别敏感,如不及时去氢,往往会造成弹簧的断裂。为了消除电镀过程中产生的一些缺陷,改善弹簧的物理化学性能,延长弹簧的使用寿命,提高镀层的抗蚀能力,必须进行镀后处理,即除氢处理。除氢处理是在电镀后,立即或者在几小时之内进行。将电镀后的弹簧在200~215°C的温度中,加热1~2h(或2h以上,如果时间过长容易产生铬脆),即可达到除氢的目的。

除氢一般在烘箱中进行。除氢效果与温度、时间、电镀后的停留时间等有关。一般来说,温度高、加热时间长,镀后停顿时间短,其除氢效果就好。故对弹簧除氢温度选择可高一些。

金属保护层,除上述的镀锌和镀镉外,还有镀铜、镀铬、镀镍、镀锡、镀银、镀锌钛合金等,弹簧设计者可根据弹簧工作的场合选择镀层。

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